對TPDS在貨車運用工作中突出問題的調研與思考

魯偉明

（大秦股份有限公司湖東車輛段，山西 大同 037300）

1 PDS概述

近年來，隨著鐵路干線提速，我國空載貨車直線脫軌事故頻繁發生，基于保障鐵路行車安全的需要，鐵科院歷經近十年探索與試驗，研制出多功能全自動的實時車輛運行品質軌邊動態監測系統TPDS (Truck Performance Detecting System)。TPDS是集各探測站以及列檢作業場、車輛段、鐵路局、鐵道部等運用管理部門為一體的貨車運行狀態地面安全監測系統。

2 TPDS系統工作原理

該系統通過對輪軌垂直力和橫向力的連續檢測和分析，以及車輛運行狀態綜合評價，可實現對運行狀態不良車輛的識別，并兼有對車輛裝載情況（總重和超偏載）、車輪踏面擦傷（擦傷位置和當量大小）的檢測功能，同時系統實現了與車號自動識別系統的集成和監測信息的網絡傳輸，可自動將監測信息發送至指定地點，并可對嚴重的監測結果隨時報警。

1）車輛運行狀態識別：通過輪重減載系數、軸橫向力/垂直力比值、軸橫向力大小及變化特征實現。

2）車輪踏面擦傷識別：通過踏面擦傷車輪引起的沖擊荷載的大小識別。

3）超偏載檢測：通過車輛各輪輪載、軸載、轉向架荷載大小與分布實現。

4）當量累計通過總重：通過列車總重與累計通過列車總重累加得到。

5）“移動垂直力綜合檢測方法”：在不增大軌枕間距、不惡化軌道平順性的條件下即可大幅度增加有效檢測區長度[1]。

6）設備橫向力測試原理：將鋼軌視為傳遞輪軌橫向荷載的載體，而在鋼軌的支承點上測量鋼軌受車輛作用施加在框架結構中軌枕上的作用力大小。根據輪軌作用橫向荷載在鋼軌上的受力影響線，通過標定獲得鋼軌支承點處實際承受橫向荷載的比例，再依據車輪在測試區的位置，由鋼軌支承點處承受橫向荷載的組合而得到車輪通過整個測試區的橫向荷載連續變化情況[2]。

3 TPDS的主要功能

TPDS其主要功能是對運行狀態不良貨車進行監測、跟蹤、報警，從而提高車輛運行的安全預警能力，同時還具備貨車超偏載監測功能以及車輪擦傷監測功能。TPDS具有完整信息管理、發布等功能，可對不同層次的用戶提供各種類型的數據傳輸、管理、分析、查詢等服務和管理功能。但在實際的運用中表現出了理論與數據之間的實際差異，給貨車運用工作帶來一定的困擾，主要問題表現在運行狀態不良和車輪踏面損傷的報警中，下面就這兩個問題進行具體的分析。

4 運行狀態不良存在的問題

4.1 案例概況

2013年2月26日發現，湖東車輛段大同檢修車間于2013年2月22日新做段修車4380760于2月25日首次運行通過木林探測站即被TPDS預報運行狀態不良，經查，該車在施行定檢前于2月16日、2月18日連續兩次預報。此車在鐵路局TPDS三級聯網系統預報為運行狀態不良，在鐵道部TPDS網站未預報。

4.2 運行狀態不良報警產生的原理

4.2.1 TPDS本身正常預報情況

TPDS運行狀態不良報警為全路聯網分值評判預報，每次通過TPDS探測站時會產生預報分值，當車輛連續7次通過TPDS探測站且累計達到評定分值（目前為110分）時，TPDS自動預報運行狀態不良報警。

4.2.2 數據上傳流程

TPDS數據上傳流程：探測站—測點服務器—路局TPDS服務器—鐵道部TPDS服務器。

HMIS數據上傳流程：站段—路局—鐵道部HMIS服務器。

4.2.3 TPDS與HMIS數據關系及處理、分值標定情況

部TPDS通過鐵道部HMIS數據端口取得HMIS造修（廠、段修）信息后，將該車評定分值自動清零，重新進行計算。遇到站修（臨修）車信息時該車分值不清零。

部TPDS服務器將接到的HMIS信息自動派到各路局TPDS服務器。部、局兩級TPDS分別對車輛進行獨立評判。

4.3 部、局兩級數據不同步的原因

部、局兩級對TPDS預報運行狀態不良車輛分別評判。由于只開放了鐵道部HMIS接口，未開通鐵路局HMIS接口，鐵路局級TPDS未直接從鐵路局HMIS中取得，而是由部TPDS將從鐵道部HMIS服務器取得的數據派發到各鐵路局TPDS，造成數據傳輸節點增多、數據延遲或信息下發不全，增加了數據傳輸錯誤的概率。車號為4380760的車輛因為TPDS從部HMIS數據庫取得造修數據后未及時下發到鐵路局服務器，造成鐵路局TPDS中該車輛運行狀態不良報警數據未及時清零，導致定檢后第一次運行時兩級數據出現偏差。

4.4 產生的問題

1）鐵道部對TPDS預報的信息使用部級系統，鐵路局使用的是局級報警系統，理論上預報數據相同，實際上存在著信息傳遞延遲現象。

2）容易造成對車輛的誤報。

3）運行狀態不良。車輛通過站處理良好后，無法在TPDS系統中做到預報信息自動清零，只有在多次運行后累計分值才能下降，運行不良報警自然消除，造成在臨修后的前幾次運行中發生的報警信息與實際不符。

5 TFDS踏面損傷報警方面存在的問題

TPDS在對列車進行檢測時，影響TPDS踏面損傷報警最大的因素來自于自然環境，其中軌道、氣候、車輛構造等方面對其都存在不同程度的影響，使TPDS探測的數據在準確性方面也產生一定的偏差，而氣溫的變化在三者中對踏面損傷報警的準確性影響又是最突出的，下面就氣溫變化對TFDS踏面損傷方面產生的影響做一下分析：

5.1 TPDS的踏面損傷報警的級別

一級報警：車輪踏面損傷當量等于或大于23；

二級報警：車輪踏面損傷當量等于21、22；

三級報警：車輪踏面損傷當量等于19、20。

5.2 數據對比

為了提高信服力，我們用TPDS現場探測的數據與溫度之間的關系進行一下對比，如圖1、下頁圖2所示。

圖1 TPDS踏面損傷走勢圖

圖2是2012年12月1日至2013年2月13日75天的數據圖表。

圖2 溫度走勢圖

當然在以上的圖表中還存在日接車數量之間的差異，各車種車型踏面損傷的數量也不同，下面我們就以C70型車為例，按照踏面損傷車輛在每日檢測本車型中所占的比例再進行一次對比，如圖3所示。

圖3 C70車型踏面損傷率與溫度對比圖

通過數據對比說明：當室外溫度（平均值，以下同）處于0 ℃ 以下時，TPDS踏面損傷數量明顯增多；當溫度處于0 ℃ 以上時，TPDS踏面損傷的數量顯逐步下滑的走勢，尤其是TPDS踏面損傷一級預報的走勢更為明顯，說明兩者之間存在著必然的聯系。

5.3 原因分析

5.3.1 氣溫在軌道方面的影響

隨著氣溫的不斷變化，引起了TPDS踏面損傷車輛天暖則少、天寒則多的現象，從線路方面分析主要是線路建筑沿長度方向的物理性質不固定產生的局部病害，如線路在冬季時的凍漲，道床質量不均勻和路基松緊程序不一產生的凹陷等造成的，這些勢必會引起車輛產生浮沉、點頭、側滾等振動，使轉向架本身產生附加動荷增量，列車的速度越高，這種增量就越大，當車輪通過這些病害地段時會產生突然的起伏，使輪軌間的作業力瞬間增大，另外由于冬季氣溫低，道床產生冰凍，使道床的緩沖力相應減小，當車輪與鋼軌間存在垂直作用力時，就會加大輪軌間的沖擊力度，使TFDS系統探測踏面損傷的當量值產生偏差。

5.3.2 氣溫對車輛材質的影響

由于氣溫降低使車輪輻板的韌性減小，緩沖作用下降，同時車輪的剛性增大，使輪軌間在不同的溫度條件下增大了相互間的作用力。另外，從物理學的角度來說，溫度的變化將對車輪與鋼軌間的摩擦力產生影響，即：溫度的升高能促進分子的運動，使得分子比原來排列更為規則一點，也就是說在一定的溫度范圍內，溫度越高摩擦力越小，相反溫度越低摩擦力越大。由于目前鐵路車輛所使用制動機的不同，司機在對列車進行調速或制動時制動機所產生的制動力也不同，這些因素組合在一起，使車輪踏面損傷產生的機率大大的提高，也是造成TPDS踏面損傷車輛冬季增多的原因。

綜合以上的原因分析可以看出，雖然TPDS在軌道下設置了若干個軌下壓力傳感器，測得車輪垂直力增減變化的平均值，但氣溫對它的影響還是客觀存在的，根據TPDS安裝地點的不同，溫度對TPDS探測踏面損傷的影響也不相同，線路質量高對TPDS探測質量影響就小；相反，線路質量差對TPDS探測質量影響就大，對TPDS對踏面損傷預報的準確性產生了負面影響。

5.4 產生的問題

1）增加了TPDS踏面損傷一、二級預報的數量。

2）降低了TPDS踏面損傷報警的準確性。

3）增加了現場TPDS預報故障的檢查難度和頻次。

6 查找TPDS運用漏洞

通過對此車的深入分析，在TPDS運用管理中還存在兩處容易發生數據錯誤的所在。

一是TPDS踏面損傷報警單位的不同，局TPDS報警以輛為單位進行預報，列檢復示終端以輪為單位進行預報，當一輛車出現多條輪位的踏面損傷報警時容易出現數據偏差，向各作業場預報時容易出現漏報。

二是在上傳一、二級踏面損傷反饋信息時，只確認反饋人和列車性質，不確認車輛的AEI位置信息，造成AEI位置信息的錯誤。

7 運用管理工作中存在的問題

1）未深入研究TPDS的預報原理及數據傳遞程序，對出現的異常不能及時作出判斷，導致錯誤信息的預報。

2）工作中對多處TPDS預報信息缺少有效的卡控手段，未能在問題暴露之初采取正確的處理方式。

3）TPDS的運用程序不嚴密，未能從精細化管理的角度出發，工作中不思考，滿足現狀，對預報數據不核對、不檢查，對出現的問題不能深入的查找原因。

8 對策及建議

1）完善TPDS工作流程，建立數據核對措施，對局TPDS三級聯網預報的運行狀態不良故障要與部預報信息進行核對，出現數據異常時首先查詢車輛的定檢信息和車輛的運行狀態不良的預報信息，如果在定檢前出現TPDS多次預報且在連續7次預報之內時，及時與調度科聯系，說明相關預報的詳細情況，暫時確認為HMIS定檢信息未派發到局TPDS服務器，此次報警信息可不做處理，由調度科按“特殊車”對待，監控后期運行情況。

2）加強與廠家的聯系，對發現的問題及時跟廠家溝通，及時修正相關信息，使TPDS系統預報準確、準時。

3）TPDS踏面損傷預報車輛要加強列檢復示終端與TPDS三級聯網預報數據的比對，明確車輛的預報輪位，杜絕向各作業場預報的數據出現疏漏。

4）規范作業程序，逐條信息進行核對，確保上傳數據中AEI位置的正確性。

9 結語

在全路特別是提速干線或主要通道，建設貨車運行狀態地面安全監測系統（TPDS），可以減少危及鐵路運輸安全的因素，防范和降低事故的發生，保障行車安全，具有明顯的社會經濟效益，同時，這一裝置的投入使用將為貨車脫軌事故的防范和預警起到重要作用，特別是針對我國目前鐵路提速貨車空載狀態脫軌事故這一主要矛盾的現實具有十分重要意義。但在實際運用中表現出來的缺點也應引起我們足夠的認識，事物在發展過程中必須要經歷一個使用完善的過程，在未完善以前我們要認識到它的缺點給運用工作帶來的弊端：一是增加了現場檢查確認的工作量；二是帶來了誤報、誤扣車的不良影響，打亂運輸組織。目前只能通過加強管理來補足設備本身的缺陷，控制以上問題的發生。

[1] 劉瑞揚,王毓民.鐵路貨車運行狀態地面安全檢測系統（TPDS）原理及應用[M].北京:中國鐵道出版社,2005.

[2] 鐵運函[2007]776號.TPDS、TADS、TFDS設備檢修維護管理規程[M].北京:中國鐵道出版社,2007.